本发明涉及新能源汽车领域，特别是涉及一种带四轮转向功能的振动能量回收悬架系统。
背景技术：
车辆在行驶过程中，由于路面不平整，造成悬架产生振动。通常以提高乘坐舒适性为主要目的，车辆采用减震弹簧和减振器构成的被动悬架来缓冲振动。这些振动能量转化成热能耗散到空气中，造成能源的浪费。现有的主动控制悬架，虽然能够一定程度上提高乘坐舒适性和车辆稳定性，却要依托高能耗、控制复杂的系统完成。现代车辆多采用前轮转向，可以基本满足汽车的行驶转向要求。但对于泊车、转弯等对转向性能要求高的场合，传统转向由于转向半径较大不能满足人们的需求。汽车的四轮转向技术可以减小转弯半径，保证了行驶安全性。现有的四轮转向系统，多在泊车、转弯时切换使用，由于附加成本高、控制复杂、利用率低等原因，没有得到广泛应用。在能源日益紧张的今天，避免能量的浪费以及对能源的高效利用是亟待解决的问题。振动能量回收悬架可以回收车辆振动时的能量，并且可以实现悬架的主动和被动控制，具有很好的发展前景。现有的振动能量回收悬架，在路面正常行驶时，能量回收效率较高，而在泊车、低速转弯时能量回收效率低。从而造成了悬架系统整体利用率低、控制复杂、能量回收效率低等问题。
技术实现要素：
针对现有的悬架和转向技术问题，本发明提供一种结构简单新颖、能量回收效率高的带四轮转向功能的振动能量回收悬架系统。本发明采用的技术方案为：一种带四轮转向功能的振动能量回收悬架系统，包括橡胶缓冲块、丝杠螺母、减振弹簧、滚珠丝杠、丝杠动力箱、下桥臂、电机、车轮轮毂、转向杆、转向动力箱、传动轴、动力安装底座、弹簧上支座、弹簧下支座、球形连接件和齿轮箱；所述的丝杠动力箱、转向动力箱和齿轮箱通过动力安装底座并联安装在下桥臂上，丝杠动力箱与齿轮箱通过传动轴连接，齿轮箱通过传动轴与转向动力箱连接；所述的滚珠丝杠设置在丝杠动力箱上，减震弹簧通过两端的弹簧上支座与弹簧下支座固定在滚珠丝杠上，并在滚珠丝杠的顶端设有丝杠螺母和橡胶缓冲块；所述的齿轮箱上设有电机，转向动力箱通过转向杆和球形连接件与轮毂连接。进一步，所述的悬架系统还包括控制系统、车轮角速度传感器、悬架速度传感器和AD转换器。进一步，所述的悬架系统可在三种模式下工作：模式一为四轮转向模式，悬架不回收振动能量，为被动悬架；模式二为传统转向模式，悬架回收振动能量，不进行主动控制，为被动悬架；模式三为传统转向模式，悬架回收部分振动能量并进行主动控制，为主动悬架。进一步，在所述的模式一中，齿轮箱和转向动力箱传动轴啮合，和丝杠动力箱传动轴分离，电机通过齿轮箱减速将动力通过传动轴传输到转向动力箱，转向动力箱将动力传递给转向杆，车辆根据控制系统的指令，调节电机的输出力和转速，进行四轮转向。进一步，在所述的模式二中，齿轮箱和丝杠动力箱传动轴啮合，和转向动力箱传动轴分离，当车辆振动时，悬架减振弹簧产生振动，滚珠丝杠将直线运动转化为旋转运动，通过丝杠动力箱传递动力，动力经传动轴传递到齿轮箱，带动电机转动。进一步，在所述的模式中，齿轮箱和丝杠动力箱传动轴啮合，和转向动力箱传动轴分离，当车辆振动时，控制系统对电机反转力矩进行控制，使悬架处于主动控制状态。本发明产生的有益效果是：本发明可以根据车辆的行驶状况以及驾驶员的需求进行悬架系统不同模式的转换，不仅实现了振动能量的回收，同时可以完成车辆的四轮转向功能。将四轮转向功能附加到振动能量回收悬架上，实现了二者的功能互补，简化了装置的复杂程度，降低了机构冗余。附图说明图1为本发明中悬架的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本发明做进一步的说明。一种带四轮转向功能的振动能量回收悬架系统。如图1所示，包括橡胶缓冲块1、丝杠螺母2、减振弹簧3、滚珠丝杠4、丝杠动力箱5、下桥臂6、电机7、轮毂8、转向杆9、转向动力箱10、传动轴11、动力安装底座12、弹簧上支座13、弹簧下支座14、球形连接件15和齿轮箱16。橡胶缓冲块1固定在丝杠端部，用于防止车辆振动时对丝杠端部造成损坏。丝杠螺母2通过螺栓和车辆上桥臂紧固连接。减振弹簧3通过弹簧上支座13、弹簧下支座14安装固定。滚珠丝杠5上端和丝杠螺母2配合安装，下端和丝杠动力箱5内部机械传动装置连接。丝杠动力箱5、齿轮箱16、转向动力箱10通过螺栓安装固定在动力箱安装座12上。动力箱安装座12和下桥臂6紧固连接。电机7通过电机支座，用螺栓安装固定在齿轮箱16上，电机轴和齿轮箱内部机械传动装置通过联轴器连接。丝杠动力箱5的输出轴、转向动力箱10的输出轴分别和齿轮箱内部机械传动装置采用联轴器连接。转向杆9穿过转向动力箱10，内部和转向动力箱机械传动装置连接，内部能够完成传统转向和四轮转向的切换。转向杆9一端通过球形连接件15和车轮轮毂8连接，另一端和传统转向装置连接。球形连接件15固定安装在车轮轮毂8上。车轮轮毂8的中心孔用于安装车轮动力轴。电机7由电机驱动电路控制，电机回收的振动能量通过能量回收电路，给车载电池充电。车轮转向角通过角度传感器，经过AD转换器，将信号传递给控制系统，控制系统对信号进行分析、处理，发出转向控制指令。悬架速度传感器采集悬架振动速度信号，通过AD转换器，将信号传递给控制系统，控制系统对信号进行分析、处理，对电机7反转力矩进行调节。控制系统对电机驱动电路、能量回收电路进行控制，完成车辆的四轮转向以及悬架主动控制功能。根据车辆不同的行驶情况，整个系统可以工作在三种不同模式状态。模式一状态，转向为四轮转向模式，悬架不回收振动能量，为被动悬架；模式二状态，转向为传统转向模式，悬架回收振动能量，不进行主动控制，为被动悬架；模式三状态，转向为传统转向模式，悬架回收部分振动能量并进行主动控制，为主动悬架。在车辆进行四轮转向时，控制系统控制电机驱动电路，驱动电机7。电机7经过齿轮箱16、传动轴11、转向动力箱10，将动力传递给转向杆9。转向杆9和车轮轮毂8通过球形连接件15连接，带动车轮完成转向。动力安装座12通过螺栓固定在下桥臂6上，用于丝杠动力箱5、齿轮箱16、转向动力箱10的安装固定。下桥臂6和车桥连接。此时，丝杠动力箱5的输出轴和齿轮箱16属于断开状态，悬架为被动悬架，系统工作在模式一状态。车辆跟随路面产生上下振动过程中，悬架系统中减振弹簧3用于车辆减振，橡胶缓冲块1固定在丝杠顶端，跟随丝杠垂直运动，用于防止车辆发生过大冲击对滚珠丝杠顶端产生损伤。丝杠螺母2在车辆振动过程中，配合滚珠丝杠4和丝杠产生相对直线运动，并将直线运动转化成丝杠的旋转运动。将旋转运动传递给丝杠动力箱5。由丝杠传递的动力输入给丝杠动力箱5，丝杠动力箱完成运动的转换，将动力传递给输出轴，通过齿轮箱16完成运动转换，将动力传递给电机7，带动电机7进行发电。电机7产生的电能通过能量回收电路，给车载电池充电。完成能量回收过程。这个过程中，控制系统不对电机的反转力矩进行调节，悬架系统工作在模式二状态。通过控制系统对能量回收电路进行控制，可以调节输出功率的大小，进而调节电机7产生的反转力矩。反转力矩通过齿轮箱16、传动轴11、丝杠动力箱5，使得滚珠丝杠4和丝杠螺母2之间的轴向力可以跟随控制指令进行调节，完成悬架的主动控制，调节悬架系统工作在模式三状态。三种模式状态下，悬架系统和转向系统形成功能互补的关系。在车辆进行低速转弯和泊车时，悬架振动不明显，对乘坐舒适性要求低，对转向性能要求较高，系统工作在模式一状态。车辆常速行驶时，悬架处于正常工作状态，振动较大，能量回收效率高。驾驶过程中，对乘坐舒适性要求较高，悬架可选择工作在主动控制状态。正常直线行驶过程中，对转向系统要求不高，传统转向可以满足要求。系统可以选择工作在模式二和三状态下。可见，三种工作模式满足大部分的车辆行驶工况，并且每种模式状态下，悬架系统和转向系统的功能互相补充，避免了系统机构冗余。本发明的模式状态转换通过控制系统和机械传动装置共同完成，可以方便的利用振动能量回收机构完成四轮转向功能，同时最大程度的实现振动能量的回收。